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EP3475117B1 - Module d'électronique de puissance sécurisé pour la maintenance - Google Patents

Module d'électronique de puissance sécurisé pour la maintenance Download PDF

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EP3475117B1
EP3475117B1 EP17742806.7A EP17742806A EP3475117B1 EP 3475117 B1 EP3475117 B1 EP 3475117B1 EP 17742806 A EP17742806 A EP 17742806A EP 3475117 B1 EP3475117 B1 EP 3475117B1
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EP
European Patent Office
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cover
cou
electric
casing
mod
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EP17742806.7A
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EP3475117A1 (fr
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Stephan BOUGEARD
Roselyne TEXIER
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Renault SAS
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Renault SAS
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/40—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the assembly or relative disposition of components
    • B60K6/405—Housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/003—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14322—Housings specially adapted for power drive units or power converters wherein the control and power circuits of a power converter are arranged within the same casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/14—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to occurrence of voltage on parts normally at earth potential
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of electrical engineering and more specifically relates to a secure power electronics module for maintenance.
  • Electric powertrains for electric or hybrid traction / propulsion cars include a large number of components, in addition to the electric motor and traction battery. These components include the traction inverter, but also inductors or capacitors which remain energized after the vehicle has stopped. There is therefore a risk of electric shock for an operator performing maintenance on such an electric powertrain.
  • the document GB2357197 proposes a power electronics system comprising a capacitor and a discharge circuit connected to the capacitor. As long as the capacity is connected to the system, a conductor short-circuits the discharge circuit. When the capacity is disconnected from the system, it takes the discharge circuit but not the conductor which is integral with the rest of the system, which allows the discharge of the capacity.
  • One of the aims of the invention is to remedy at least part of the drawbacks of the prior art by providing an inexpensive power electronics module which makes it possible to limit the electrical risks for a maintenance operator working on such a module.
  • the invention provides a power electronics module for an electric traction system of an electric or hybrid vehicle, comprising a casing housing an element under voltage when said system is in operation, said element being accessible via a cover of said casing, the fixing of said cover to said casing being ensured by removable fixing means, characterized in that it comprises means for blocking the dismantling of said fixing means, said blocking means being connected to a safety device able to activate a discharge circuit of at least one capacity linked to said live element when said blocking means are deactivated.
  • a maintenance operator wishing to intervene on the live element must, to have access to the fixing means making it possible to open the cover of the power electronics module, deactivate the blocking means which will discharge the capacities linked to the live element.
  • access to the live element is not possible directly after the start of the discharge of the capacities linked to the live element due to the interruption of the current coming from the battery by the device.
  • safety since the operator must still dismantle the means for fixing the cover to the casing of the power electronics module, to gain access to the live element.
  • the capacities upstream of the module will therefore already be well discharged before the operator can touch it, which greatly reduces the risk of an electric shock, even when the absence of voltage check has been omitted.
  • said blocking means comprise a plate screwed onto said cover, said plate comprising openings capable of covering means for fixing said cover to said casing.
  • This implementation has the advantage of being simple and inexpensive to carry out.
  • said blocking means comprise a pin bearing on a spring strip closing an electric circuit for detecting the deactivation of said blocking means, said electric detection circuit being able to activate, upon opening of said electrical detection circuit, said discharge circuit.
  • This embodiment of the safety device is simple and makes it possible to reuse discharge systems already existing on the market,
  • said means for fixing said cover and said discharge circuit are dimensioned so that the time for manual removal of said cover after deactivation of the blocking means allows the discharge of '' at least 95% of said at least one capacity linked to said live element.
  • the invention also relates to an electric traction system of an electric or hybrid vehicle comprising a power electronics module according to the invention.
  • the electric traction system according to the invention has advantages similar to those of the power electronics module according to the invention.
  • a power electronics module MOD of an electric traction system of an electric or hybrid vehicle comprises an element which is energized during normal operation of the electric traction system of the vehicle.
  • This element is for example an inductance or a capacity. It is protected in the MOD power electronics module, by a CAR casing, and is accessible by a maintenance operator by opening a COU cover of the CAR casing.
  • the power electronics module MOD therefore includes the capacitive and / or inductive element but also elements specific to its integration into the electric traction system of the vehicle, such as its CAR casing, connections, etc.
  • a maintenance operator To open the COU cover, a maintenance operator must dismount MF fixing means, here screws, allowing the COU cover to be fixed on the CAR casing. Some of these screws cannot be unscrewed directly, because they are covered by gills O1 and O2 a PLA plate screwed to the COU cover by other MV screws. The maintenance operator must therefore first unscrew the PLA plate, to be able to unscrew all the screws ensuring the fixing of the COU cover to the CAR casing, and therefore to be able to open the COU cover.
  • MF fixing means here screws
  • the openings O1 and O2 of the plate PLA therefore constitute means for blocking the dismantling of the cover COU. These are deactivated when the PLA plate is unscrewed and removed from the COU cover.
  • the PLA plate has in its central zone a PIO pin projecting towards the inside of the CAR casing, bearing on a LR spring strip which closes an electrical circuit making it possible to detect the deactivation of the blocking means that constitute the PLA plate and its gills O1 and O2.
  • the spring leaf LR unfolds, which opens the electrical circuit for detecting the deactivation of the locking means.
  • This opening triggers the discharge of the capacities linked to the live element present in the power electronics module MOD, for example by activating a discharge circuit such as that described in the document. GB2357197 .
  • the capacities linked to the live element can be the live element itself if it is of a capacitive nature.
  • the lifting of the PLA plate is detected by a photodetector, connected to an electronic module controlling a discharge circuit of the capacities linked to the live element. It should be noted that it is possible to use a very simple discharge circuit consisting of resistors connected for example directly to the capacities linked to the element under voltage.
  • the number of screws MF on the cover COU allowing the opening thereof after the unscrewing of the plate PLA, and the discharge circuit are dimensioned so that the discharge of the capacities linked to the element under tension is almost complete when the COU cover is opened.
  • the capacitive element to be discharged is a capacity of smoothing of 10mF (millifarads)
  • its discharge time in a resistance of 300 ⁇ is of the order of a second, which greatly exceeds the unscrewing time of the two MF screws that have just been released after removing the PLA plate from the cover COU.

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Description

  • La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l'électrotechnique et concerne plus précisément un module d'électronique de puissance sécurisé pour la maintenance.
  • Les groupes motopropulseurs électriques pour voitures à traction/propulsion électriques ou hybrides comprennent un nombre important de composants, en plus du moteur électrique et de la batterie de traction. Ces composants comprennent l'onduleur de traction, mais aussi des inductances ou des capacités qui restent sous tension après l'arrêt du véhicule. Il existe donc un risque d'électrocution pour un opérateur effectuant une maintenance sur un tel groupe motopropulseur électrique.
  • Les opérateurs effectuant la maintenance de groupes motopropulseurs électriques sont sensés respecter certaines règles de sécurité. Notamment il leur est demandé d'effectuer une vérification d'absence de tension avant d'intervenir sur un module d'électronique de puissance, tel qu'un onduleur ou une inductance. Or dans la majorité des cas, les capacités en lien électrique avec les modules d'électroniques de puissance sont déjà déchargées lors d'une maintenance. Il y a donc un risque qu'un opérateur de maintenance omette d'effectuer la vérification d'absence de tension par habitude de constater cette absence de tension. Le document DE102014000683A1 divulgue un module d'électronique de puissance d'un système de traction électrique d'un véhicule électrique ou hybride, selon l'état de la technique.
  • Le document GB2357197 propose un système d'électronique de puissance comportant une capacité et un circuit de décharge connecté à la capacité. Tant que la capacité est connectée au système, un conducteur court-circuite le circuit de décharge. Lorsque la capacité est déconnectée du système, elle emporte le circuit de décharge mais pas le conducteur qui est solidaire du reste du système, ce qui permet la décharge de la capacité.
  • Cette solution limite les risques électriques, mais ne protège toutefois pas un opérateur d'un tel risque pendant le temps de décharge de cette capacité.
  • Il existe donc un besoin de renforcer la sécurité électrique pour la maintenance sur les modules d'électroniques de puissance de véhicules électriques ou hybrides.
  • Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un module d'électronique de puissance peu coûteux et permettant de limiter les risques électriques pour un opérateur de maintenance intervenant sur un tel module.
  • A cette fin, l'invention propose un module d'électronique de puissance d'un système de traction électrique d'un véhicule électrique ou hybride, comportant un carter abritant un élément sous tension lorsque ledit système est en fonctionnement, ledit élément étant accessible via un couvercle dudit carter, la fixation dudit couvercle sur ledit carter étant assurée par des moyens de fixation démontables, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de blocage du démontage desdits moyens de fixation, lesdits moyens de blocage étant connectés à un dispositif de sécurité apte à activer un circuit de décharge d'au moins une capacité liée audit élément sous tension lorsque lesdits moyens de blocage sont désactivés.
  • Grâce à l'invention, un opérateur de maintenance voulant intervenir sur l'élément sous tension, devra, pour avoir accès aux moyens de fixation permettant d'ouvrir le couvercle du module d'électronique de puissance, désactiver les moyens de blocage ce qui déchargera les capacités liées à l'élément sous tension. Contrairement à l'art antérieur, l'accès à l'élément sous tension n'est pas possible directement après le début de la décharge des capacités liées à l'élément sous tension due à la coupure du courant venant de la batterie par le dispositif de sécurité, puisque l'opérateur doit encore démonter les moyens de fixation du couvercle sur le carter du module d'électronique de puissance, pour avoir accès à l'élément sous tension. Les capacités en amont du module seront donc déjà bien déchargées avant que l'opérateur puisse le toucher, ce qui diminue fortement le risque d'un choc électrique, même lorsque la vérification d'absence de tension a été omise.
  • Selon une caractéristique avantageuse du module d'électronique de puissance selon l'invention, lesdits moyens de blocage comportent une plaque vissée sur ledit couvercle, ladite plaque comportant des ouïes aptes à recouvrir des moyens de fixation dudit couvercle audit carter.
  • Cette mise en œuvre a l'avantage d'être simple et peu coûteuse à réaliser.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse du module d'électronique de puissance selon l'invention, lesdits moyens de blocage comportent un pion en appui sur une lamelle ressort fermant un circuit électrique de détection de la désactivation desdits moyens de blocage, ledit circuit électrique de détection étant apte à activer, à l'ouverture dudit circuit électrique de détection, ledit circuit de décharge.
  • Cette réalisation du dispositif de sécurité est simple et permet de réutiliser des systèmes de décharge déjà existants dans le commerce,
  • Selon une autre caractéristique avantageuse du module d'électronique de puissance selon l'invention, lesdits moyens de fixation dudit couvercle et ledit circuit de décharge sont dimensionnés de sorte que le temps de démontage manuel dudit couvercle après désactivation des moyens de blocage permet la décharge d'au moins 95% de ladite au moins une capacité liée audit élément sous tension.
  • L'invention concerne aussi un système de traction électrique d'un véhicule électrique ou hybride comportant un module d'électronique de puissance selon l'invention.
  • Le système de traction électrique selon l'invention présente des avantages analogues à ceux du module d'électronique de puissance selon l'invention.
  • D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles :
    • la figure 1 représente, dans ce mode de réalisation préféré, un module d'électronique de puissance selon l'invention, dans lequel des moyens de blocage empêchent le démontage du couvercle dudit module d'électronique de puissance ;
    • et la figure 2 représente, dans ce mode de réalisation préféré, ce module d'électronique de puissance dans lequel les moyens de blocage ont été désactivés.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention représenté à la figure 1 , un module d'électronique de puissance MOD d'un système de traction électrique d'un véhicule électrique ou hybride comporte un élément qui est sous tension lors du fonctionnement normal du système de traction électrique du véhicule. Cet élément est par exemple une inductance ou une capacité. Il est protégé dans le module d'électronique de puissance MOD, par un carter CAR, et est accessible par un opérateur de maintenance en ouvrant un couvercle COU du carter CAR. Le module d'électronique de puissance MOD comprend donc l'élément capacitif et/ou inductif mais aussi des éléments propres à son intégration dans le système de traction électrique du véhicule, tels que son carter CAR, des connexions, etc.
  • Pour ouvrir le couvercle COU, un opérateur de maintenance doit démonter des moyens de fixation MF, ici des vis, permettant de fixer le couvercle COU sur le carter CAR. Certaines de ces vis ne peuvent être dévissées directement, car elles sont recouvertes par des ouïes O1 et O2 d'une plaque PLA vissée sur le couvercle COU par d'autres vis MV. L'opérateur de maintenance doit donc d'abord dévisser la plaque PLA, pour pouvoir dévisser toutes les vis assurant la fixation du couvercle COU sur le carter CAR, et donc pour pouvoir ouvrir le couvercle COU.
  • Les ouïes O1 et O2 de la plaque PLA constituent donc des moyens de blocage du démontage du couvercle COU. Ceux-ci sont désactivés lorsque la plaque PLA est dévissée et retirée du couvercle COU.
  • La plaque PLA comporte dans sa zone central un pion PIO faisant saillie vers l'intérieur du carter CAR, faisant appui sur une lamelle ressort LR qui ferme un circuit électrique permettant de détecter la désactivation des moyens de blocage que constituent la plaque PLA et ses ouïes O1 et O2.
  • En effet lorsque la plaque PLA est ôtée du couvercle COU, comme représenté à la figure 2 , la lamelle ressort LR se déplie ce qui ouvre le circuit électrique de détection de la désactivation des moyens de blocage. Cette ouverture déclenche la décharge des capacités liées à l'élément sous tension présent dans le module d'électronique de puissance MOD, par exemple en activant un circuit de décharge tel que celui décrit dans le document GB2357197 . Il est à noter que les capacités liées à l'élément sous tension peuvent être l'élément sous tension lui-même s'il est de nature capacitive.
  • En variante, le soulèvement de la plaque PLA est détecté par un photodétecteur, relié à un module électronique commandant un circuit de décharge des capacités liées à l'élément sous tension. Il est à noter qu'il est possible d'utiliser un circuit de décharge très simple constitué de résistances reliées par exemple directement aux capacités liées à l'élément sous tension.
  • De préférence, le nombre de vis MF sur le couvercle COU permettant l'ouverture de celui-ci après le dévissage de la plaque PLA, et le circuit de décharge, sont dimensionnés de manière à ce que la décharge des capacités liées à l'élément sous tension soit presque complète à l'ouverture du couvercle COU. Ainsi, si l'élément capacitif à décharger est une capacité de lissage de 10mF (millifarads), son temps de décharge dans une résistance de 300 Ω est de l'ordre de la seconde, ce qui dépasse largement le temps de dévissage des deux vis MF venant d'être débloquées après avoir ôté la plaque PLA du couvercle COU.

Claims (4)

  1. Module d'électronique de puissance (MOD) d'un système de traction électrique d'un véhicule électrique ou hybride, comportant un carter (CAR) abritant un élément sous tension lorsque ledit système est en fonctionnement, ledit élément étant accessible via un couvercle (COU) dudit carter (CAR), la fixation dudit couvercle (COU) sur ledit carter (CAR) étant assurée par des moyens de fixation (MF) démontables, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de blocage (O1, O2) du démontage desdits moyens de fixation (MF), lesdits moyens de blocage (O1, O2) étant connectés à un dispositif de sécurité apte à activer un circuit de décharge d'au moins une capacité liée audit élément sous tension lorsque lesdits moyens de blocage (O1, O2) sont désactivés.
  2. Module d'électronique de puissance (MOD) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de blocage (O1, O2) comportent une plaque (PLA) vissée sur ledit couvercle (COU), ladite plaque (PLA) comportant des ouïes (O1, O2) aptes à recouvrir des moyens de fixation (MF) dudit couvercle (COU) audit carter (CAR).
  3. Module d'électronique de puissance (MOD) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de blocage (O1, O2) comportent un pion (PIO) en appui sur une lamelle ressort (LR) fermant un circuit électrique de détection de la désactivation desdits moyens de blocage (O1, O2), ledit circuit électrique de détection étant apte à activer, à l'ouverture dudit circuit électrique de détection, ledit circuit de décharge.
  4. Système de traction électrique d'un véhicule électrique ou hybride comportant un module d'électronique de puissance (MOD) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
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EP3475117A1 (fr) 2019-05-01
FR3053153A1 (fr) 2017-12-29
FR3053153B1 (fr) 2018-06-22

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